L’une des conséquences du réchauffement climatique est que les océans sont de moins en moins bien oxygénés. Pourtant, une étude montre que les zones en carence d’oxygène pourraient être amenées à diminuer dans le futur, malgré le maintien d’un climat chaud. À première vue encourageante, cette nouvelle découverte n’est cependant peut-être pas si positive.

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[EN VIDÉO] L’inquiétant réchauffement des océans En 2020, les océans ont absorbé l’équivalent de 20 sextillions de joules. Jamais depuis 1955 la température de l'océan n’a été aussi élevée.

Le réchauffement climatiqueréchauffement climatique actuel impacte tout autant le milieu terrestre que le milieu océanique. L'une des conséquences de cette évolution des températures est notamment une moins bonne oxygénation des océans. C'est le constat implacable que font les scientifiques. Depuis 50 ans, le nombre de zones en carence d’oxygène a en effet fortement augmenté. Ce phénomène, qui impacte sévèrement les écosystèmesécosystèmes marins, est lié au fait qu'une eau plus chaude absorbe de moins grandes quantités d'oxygène dissous.

Alors que l'on pensait que ce mécanisme aurait tendance à s'aggraver avec le temps, une équipe de scientifiques de l'Institut Max PlanckMax Planck et de l'Université de Princeton a découvert que, sur le long terme, ces zones de faible oxygénation auraient plutôt tendance à se résorber.

Un résultat, publié dans la revue Nature, va dans le sens contraire de ce que l'on supposait jusqu'à présent. Pour en arriver à cette déduction, les scientifiques se basent sur l'étude des conditions environnementales du passé et sur l'évolution des phénomènes associés aux précédents épisodes de réchauffement climatique.

Les sédiments marins, archives des océans

C'est en analysant des échantillons de sédimentssédiments marins que les chercheurs ont pu observer l'évolution de la quantité d'oxygène présente dans les océans au cours du temps. Un peu comme les anneaux de croissance des arbresarbres, qui enregistrent au fur et à mesure certaines variations des conditions environnementales terrestres, les sédiments marins enregistrent en effet les variations chimiques du milieu océaniques au fil des millions d'années.

Dans le cas de l'oxygène, cet enregistrement se fait principalement grâce à la présence de certains types de zooplanctonzooplancton, comme les foraminifèresforaminifères. Ces micro-organismesmicro-organismes, constitués d'un squelette calcairecalcaire, sont présents dans tous les océans du monde. Ils vivent proches de la surface, où ils absorbent de nombreux éléments nécessaires à leur survie, comme l'azoteazote. La composition chimique du milieu de vie, et notamment la disponibilité en nutrimentsnutriments dans l'océan, va ainsi s'inscrire en partie dans la signature chimique de leur squelette.

Exemples de squelettes de foraminifères. © Marci Robinson, <em>U.S. Geological Survey</em>
Exemples de squelettes de foraminifères. © Marci Robinson, U.S. Geological Survey

Lorsqu'ils meurent, les foraminifères vont se déposer au fond de l'océan où leurs squelettes vont participer à la constitution des couches sédimentaires qui vont s'accumuler au fil du temps, créant ainsi une véritable archive de l'évolution des conditions environnementales océaniques qu'il est ensuite possible d'analyser.

Les carences en oxygène visibles grâce aux actions des zooplanctons

Le ratio isotopique de l'azote présent au sein des squelettes de foraminifères est un bon marqueur des conditions environnementales. Lorsqu'il y a un déficit d'oxygène dans l'eau, comme c'est le cas lors des épisodes de réchauffement climatique, un phénomène de dénitrification bactérienne s'observe en effet. Dans ces conditions, afin d'assouvir leurs besoins en éléments oxydants (riches en oxygène), les micro-organismes se mettent à « déconstruire » les ionsions nitrates qui sont composés d'un atomeatome d'azote pour trois atomes d'oxygène (NO3-). Ce mécanisme laisse une signature isotopique au niveau de l'azote dans les squelettes des zooplanctons et permet aux scientifiques d'évaluer l'étendue des anciennes zones en carencecarence d'oxygène, mais également d'observer leur évolution au cours du temps.

Les résultats obtenus sont surprenants. Ils montrent notamment que, durant les deux derniers épisodes de climatclimat chaud, il y a environ 16 et 50 millions d'années, l'océan Pacifique tropical était, contre toute attente, plutôt bien oxygéné.

Une longue chaîne de causes à effets

Ces observations montrent que certaines des relations entre le climat et les conditions d'oxygénation de l'océan ne sont pas encore comprises et que les modèles d'évolution jusqu'à présent en vigueur sont incomplets. Bien que les mécanismes entraînant une réduction des zones sous-oxygénées lors des périodes de réchauffement prolongées ne sont pas encore clairement établis, les scientifiques proposent certaines pistes de réflexion.

L'une des hypothèses implique une réduction de la productivité biologique associée à la remontée des eaux profondes, qui apporte généralement les nutriments nécessaires aux organismes vivant en surface dans les eaux tropicales. Un climat chaud aurait en effet atténuéatténué la différence de température existant entre l'équateuréquateur et les pôles. Les vents soufflant sur les tropiques auraient ainsi été plus faibles, induisant un affaiblissement du courant vertical assurant la remontée des nutriments du fond de l'océan.

Les eaux de surface étant alors moins riches en nutriments, la productivité biologique aurait baissé avec, pour conséquence une plus faible quantité de résidus organiques tombant sur le fond. Or, la dégradation de cette matièrematière organique est habituellement grande consommatrice d'oxygène. En l'absence de dépôts organiques importants durant ces périodes chaudes, l'oxygène serait resté disponible dans l'eau.

Lien entre vents en surface, productivité biologique, oxygénation et <em>upwelling</em> (remontée des eaux riches en nutriments). © Francis Chan, John A. Barth, Kristy J. Kroeker, Jane Lubchenco <em>and</em> Bruce A. Menge. <em>Modified from Gewin</em> (2010) <em>by </em>Moni Kovacs, <em>Wikimedia Commons</em>, CC by-sa 4.0 
Lien entre vents en surface, productivité biologique, oxygénation et upwelling (remontée des eaux riches en nutriments). © Francis Chan, John A. Barth, Kristy J. Kroeker, Jane Lubchenco and Bruce A. Menge. Modified from Gewin (2010) by Moni Kovacs, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0 

Réduction des zones mal oxygénées : est-ce une bonne nouvelle pour la biodiversité ?

Il semble que cette longue chaîne d'événements puisse se mettre en route assez rapidement. De là se pose la question de notre situation actuelle. La montée en température des eaux du globe favorise actuellement une baisse de l'oxygénation des océans mais si le mécanisme proposé est juste, on pourrait s'attendre à une atténuation du phénomène dans les prochaines décennies. Et ce n'est pas forcément une bonne nouvelle.

Le résultat serait une stabilisation et une homogénéisation de la quantité d'oxygène à un niveau faible. Or, pour bien fonctionner, un océan a besoin d'une certaine hétérogénéité qui favorise les flux et les échanges. La présence de zones faiblement oxygénées est ainsi essentielle dans le domaine océanique ouvert, car ce sont elles qui assurent les cycles chimiques et biologiques soutenant la vie océanique. À l'inverse, les écosystèmes des zones côtières réclament un milieu bien oxygéné. Une modification de ces équilibres entraînerait, dans le cas d'un accroissement des zones mal oxygénées comme dans celui d'une homogénéisation, des effets en cascade sur la productivité biologique et donc sur la biodiversitébiodiversité océanique.